真空渗碳炉加热系统结构优化数值模拟研究

为了优化加热系统结构,保证真空渗碳炉加热性能,采用COMSOL有限元软件建立真空渗碳炉加热过程数值模型,分析了加热系统中石墨加热管的数量、长度和分布半径等关键结构参数对工件表面热流密度、有效加热区温度分布的影响规律.模拟结果表明:加热功率恒定,减小加热管数量、长度和分布半径均可以使工件表面热流密度增大,加热效率提高;将加热管数量设为偶数,并适当减小加热管长度,增加加热管分布半径可以显著改善有效加热区内温度分布均匀性.该研究结果对真空渗碳炉加热系统结构设计优化具有一定指导意义.     

基于风冷散热的锂离子电池外部冷却模式与内部热物性特征的耦合分析

锂离子电池因其优异的性能而广泛应用于储能系统以及新能源汽车的动力源。基于锂离子电池热物性特征以及运行条件选择合理的热管理模式,是确保锂离子电池安全性的重要手段。文中分别构建了基于风冷散热的圆柱形单体锂离子电池以及相应的电池模组模型,从最高温度、最大温差以及温度分布均匀性等方面探讨了热导率各向异性对电池冷却性能的影响。结果表明,锂离子电池内部的热量传递过程以径向导热热阻为主导,直接决定单体电池内部温差以及电池模组中不同单体电池之间的温度分布均匀性。从电池结构设计的角度而言,为了提高温度均匀性,在确保能量密度的前提下应尽量减小电池层状方向的尺寸。     

低温可视化力学装置传热分析与计算研究

为优化干冷式宽温域低温可视化力学测量装置的内部传热特性，降低装置传导和辐射漏热，提高样品的温度均匀性，基于Sage、COMSOL研究了不同尺寸试样的温度场分布，对比了两种计算方法的一致性。研究了试样表面发射率、窗口表面发射率以及窗口尺寸对试样温度的影响。结果表明：Sage、COMSOL两种方法计算的试样最低温度分别为4.211 5、4.219 4 K,温度基本一致，且Sage一维计算方法可以更直观地分析低温装置内各个传热节点的参数；当试样尺寸为3 mm×30 mm×2.5 mm的小规格尺寸，试样表面发射率低至0.01时，试样自身温度最为均匀，两端温差仅为0.005 K;降低窗口的表面发射率、减小窗口的辐射面积均有利于试样温度的均匀分布；小尺寸试样的温度分布几乎不受材料表面发射率和窗口参数的影响，自身温差始终保持最小。     

低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程的影响

在传统热顶铸造过程中施加低频电磁场,使用热电偶测量了稳定铸造阶段从铸锭中心到边部不同位置的冷却过程,得到了铸锭内部的温度分布,分析了低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程、宏观组织和表面偏析层厚度的影响.实验表明:低频电磁场使铝熔体产生的强制对流使熔池内的温度分布更加均匀,促进了铝熔体过热的散失,使熔池内的温度低于6063铝合金的液相线温度,提高了熔池内部形核质点的数量,在没有添加细化剂条件下使铸锭宏观组织均匀细小,降低了液穴深度.铝熔体流动速度的加快能增强石墨环与铝熔体之间的换热,使结晶器内铸锭表面初始凝壳点位置上移,减小了铝熔体与结晶器的有效接触高度,提高了铸锭的表面质量.     

考虑进气冷却效应的活塞低周疲劳寿命预测

针对进气过程中活塞顶面温度分布不均匀,会对活塞疲劳寿命计算产生影响的问题,采用燃烧模拟和有限元方法,结合材料试验,进行了活塞低周疲劳寿命预测。首先,通过CFD仿真,获取了考虑进气冷却效应的燃烧室温度分布,有限元仿真计算了活塞温度和应变;然后,进行了573 K下的活塞材料拉伸试验和疲劳试验,获取了活塞材料力学参数并推导出活塞疲劳寿命预测模型;最后,结合活塞应变和疲劳寿命预测模型,对比分析了进气冷却效应对活塞低周疲劳寿命的影响。研究结果表明:考虑进气冷却的燃烧室,燃气温度分布不对称,进排气侧的温差达到了75 K左右;活塞应变较大的位置主要集中在活塞凹坑底部、冷却油腔内部、环岸内部和活塞销孔上半部;考虑进气冷却效应导致活塞最大应变值上升了0.425%,低周疲劳寿命降低了13.8%。     

基于ANSYS的原子层沉积加热系统温度均匀性分析

为了研究提高原子层沉积加热系统温度均匀性的有效解决方案,采用ANSYS仿真软件建立原子层沉积反应室模型。利用控制变量法,以提高衬底的温度均匀性为目标,观察气体入口流量、电阻片与加热盘的距离和加热温度对反应室热场的影响。随着气体流量的增加,底部流动边界层趋于稳定,加热盘的温度场分布更加均匀;随着加热盘与电阻片之间距离的增大,从电阻片到达石墨盘下表面的热量减少,石墨盘表面最高温度和温差都随之减小,温度均匀性得到提高;随着加热温度的升高,加热盘表面温度增高,因此,可以通过分区加热来提高加热盘表面温度均匀性。     

晶圆片快速热处理工艺中温度非均匀性研究

采用传导与辐射耦合传热模型,对晶圆片内传热过程进行了数值模拟,研究了热传输特性变化对于晶圆片表面温度非均匀性的影响.结果表明:硅与掺杂硅导热系数的提高有助于减小沿晶圆片表面的温差,而总的温度水平变化很小;当吸收系数从104降至103 m-1时,晶圆片顶部表面的温度水平和温差骤降,当吸收系数等于103 m-1时,温度水平和温差变化不大;发射率对于晶圆片顶部表面温度水平和温差具有主要影响,提高发射率可以轻易增加晶圆片表面的温度水平;使用改善后特性数据,总的温度水平较基础算例降低约200K.研究结果有助于认识快速热处理工艺中能量传输过程、改善温度监测和控制水平.     

基于多物理场计算的微波加热均匀性研究

针对微波加热液体过程中存在温度分布不均匀的问题,提出利用锚式搅拌桨对被加热液体进行搅拌的办法。通过多物理场耦合计算对微波加热静止的去离子水和加热过程中用锚式搅拌桨以不同转速搅拌去离子水的过程进行仿真,研究了搅拌对去离子水温度分布和变异系数的影响,并通过实验验证。结果表明,与去离子水处于静止状态的加热效果相比,锚式搅拌桨的引入可以减小去离子水内部温差且随着搅拌桨转速提升其对加热均匀性改善效果更加明显。     

中厚板控制冷却数学模型

介绍了中厚板控制冷却过程中所用的数学模型,包括差分模型、空冷和水冷换热系数模型、比热和热传导率模型,并采用有限差分法模拟计算了钢板在冷却过程中厚度、宽度方向上的温度场分布,以及间歇冷却对控制冷却的影响·从模拟结果可以看出,返红时间、厚度上温度梯度随钢板厚度增加而增加;间歇冷却时钢板内部温度呈均匀下降,表面不断冷却与返红过程·在线应用证明该套数学模型计算精度较高,可以满足现场实际生产的要求·     

基于密集冷却工艺的700 MPa级高强带钢减小残余应力研究

目前密集冷却工艺已广泛用于生产高强度带钢,但是该技术冷却速率较快的特点易造成带钢冷却不均匀等问题,导致带钢残余应力过大,进而产生边浪等板形缺陷。本文利用有限元方法,使用ABAQUS有限元软件建立某700 MPa级高强度带钢在密集冷却工艺下的模型,实现温度-相变-应力耦合计算,并进行多个实验验证了模型的准确性。通过修改有限元模型边界条件和初始条件,研究边部遮挡和初始温差对带钢层流冷却阶段产生的残余应力分布的影响规律。对于减小带钢层流冷却过程中产生的残余应力,减小带钢进入层流冷却前的初始温差更加有效。本研究成果经过现场试验验证,可靠性较高,可用于指导该种类型高强带钢生产,以减少带钢的残余应力,提高带钢板形质量。     

角膜在冷冻过程中的传热分析

在角膜的保存方法中,无论是深低温冻贮法,还是真空冷冻干燥法,都须对角膜进行速率降温·对于一个给定的冷却条件,角膜中不同位置处的温度和降温速率是不同的,它们是角膜的几何形状和热物性参数有关的函数,这将引起角膜内皮细胞的损伤·为了保证角膜内皮细胞的成活率,最小化低温伤害,需要知道在冷却过程中,环境冷却条件如何影响角膜内的局部冷却速率和温度分布·采用有限元法模拟角膜在速率降温过程中,环境冷却条件对角膜内传热的作用·通过建立数学模型,求解出在降温仪内距液氮面9cm和1.5cm处达到最优降温速率·     

方腔内不同位置块状食品层流冷却数值研究

为了考察冷却器内不同位置食品的冷却行为,利用Ansys有限元软件的CFD模块对单侧冷却的方腔进行非稳态共轭传热分析,给出了冷壁面和食品表面的对流换热系数(h);结果表明,食品的放置位置不同,由于腔体内空气流动和对流换热的差异,会导致冷却过程中冷壁面h变化趋势有所不同,食品表面的h在冷却刚开始时变化强烈,且沿着表面呈"M"型变化,在食品拐角处会出现h的突变,除置于方腔上方的食品冷却速率较慢外,其余几种的冷却速率相差不大。     

蓄热体与换热时间的数值模拟分析

运用ANSYS中的Fluent模块功能,从流体初始速度、蓄热体结构数值以及换向周期等几个因素对其换热性能的影响进行了数值模拟,可得到蓄热室内部和面壁在蓄热和冷却期间的温度云图.结果表明:蓄热体换热过程中温度随时间变化的规律;运用数值分析的方法对蓄热室内部从初始状态到稳态工作过程进行了模拟,得到并分析了在工作运行中烟气和空气出口温度的改变状况;分析稳态时的加热和冷却末期时间段蓄热体内部温度情况.研究结果为进一步探究换热机制提供了一定的科学依据.     

冷却方式对特厚钢板淬火温度均匀性的影响

对特厚钢板采用水槽浸入淬火和超快冷连续淬火两种方式,对比分析持续冷却和间歇冷却对特厚钢板心部、近表面冷速以及厚向温度均匀性的影响规律,阐述特厚钢板淬火特有的心部导热和表面换热特征,建立优化的淬火工艺规程.结果表明,相比于持续连续式淬火,间歇连续式淬火能够在保持特厚钢板心部冷速不降低的前提下,显著减缓钢板表面冷速,提高了厚向温度均匀性.当水冷/空冷时间比为14左右时,优化效果最为明显.     

真空冷却中失水率问题研究

提出了无效失水、无效失水率以及当量失水率的概念来研究食品在真空冷却中的失水问题,从数量上评判食品真空冷却效果及失水程度.利用食品真空冷却实验台,以水作为样品,采用不同形状的盛水容器及遮挡物进行真空冷却降温实验.结果表明,用广口杯进行真空冷却具有很好的降温效果,甚至能结冰,但是失水非常严重;而采用较大空隙的遮挡物或细长的容器,不论降温还是降低无效失水,同样能获得理想的结果.     

浅谈几种真空热处理技术

真空热处理技术是传统的热处理技术和现代化的真空技术、电子计算机技术、自动化技术相结合而成的一种高效、优质、节能的先进热处理技术,具有无脱碳、无氧化、可保持零件表面光亮、可使零件脱脂、脱气、变形小、节能且易于控制等优点,已在国内外广泛运用。简单阐述了真空油淬技术、对流加热技术、真空渗碳技术、真空渗氮技术、真空加压气淬等真空热处理技术,以说明该技术的发展情况及发展趋势。     

装配式辐射供冷顶板性能的数值模拟

为提高装配式辐射供冷顶板的性能,建立了一种采用空气层进行热量交换的装配式辐射供冷顶板的数学模型,应用CFD(computational fluid dynamics)技术,数值模拟了耦合冷冻水管辐射顶板空气层的流场和温度场,分析了不同空气层厚度和不同供水温度对辐射顶板热特性的影响.数值模拟结果表明:空气层内由于温度差引起自然对流,辐射板内通过辐射,对流和导热的传热方式,使辐射板表面温度分布更均匀.在保证辐射板表面最低温度高于室内露点温度的条件下,随着空气层厚度和供水温度的增加,辐射板的表面平均温度升高,供冷能力下降.空气层厚度和供水温度的增加或减小会降低辐射板表面温度分布的均匀性.     

GMT压缩模塑过程中模腔内的传热行为

分析压缩模塑法生产GMT制品过程中模腔内的传热行为,对制品内部非稳态传热过程进行实验研究和数学模拟,计算结果与实验结果基本吻合;探索制品冷却速率对其结晶度及弯曲强度的影响,研究了适宜的模温及冷却速率。     

真空脱气过程中钢水温降的理论分析

为了研究真空脱气过程中影响钢水温降的主要因素,从而找到对应的措施控制钢水温降,对VD过程的传热模式和传热机理进行了分析,根据国内某厂的实际情况,结合数值模拟方法分别得到了烘烤过程和LF加热过程中钢包温度场的变化,以LF结束时的温度值作为初始值对VD过程的温度场进行了模拟。根据模拟结果分别计算了渣面和钢水裸露面的热辐射、钢包衬蓄热、包壁和包底的传导散热和氩气吸热等因素造成的钢水散热量,对其影响程度进行了评估。通过计算发现,渣面、钢水裸露面的热辐射和包衬蓄热是造成VD过程钢水温降的主要因素,分别根据各个因素的影响特点提出了控制钢水温降的具体措施。